电压暂降电量损失的评估方法研究

史帅彬，邓世聪，刘恒勇，张伟，杨梅

（1. 深圳供电局有限公司，广东 深圳 518001；2. 天地电研（北京）科技有限公司，北京 昌平 102206）

0 前言

电压暂降（短时中断）是衡量电能质量的重要指标之一。随着社会的进步和科技的发展，大量的电子设备、调速驱动系统以及精密设备等得到了广泛的应用。这些精密系统和设备对电能质量提出来更高的要求。电压暂降可能会影响人们的日常生活，例如其对医用设施、电梯等设备有重要影响，一旦发生暂降，可能会影响患者和乘梯者的生命安危；影响信息业的发展，危及信息完成和安全；影响大型敏感工业用户的正常生产[1]。

近年来，国内外针对电压暂降损失的研究主要是通过调查来评估电压暂降的经济损失。文献[2,4]从电压暂降造成的生产中断出发，通过分析生产中断特征以及单次电压暂降事件的成本构成，提出工厂在电压暂降期间的经济损失的评估模型。此外，还有些文献从电力市场的角度考虑，对用户失电损失的分摊对象及原则进行研究，例如文献[5]提出了失电损失的分摊对象和原则，并提出了一种确定用户失电损失补偿的算法，最后给出一种各电源应支付的失电损失定量计算法。

本文通过分析电压暂降期间用户停电特性，建立单次电压暂降用户电量损失估算模型以及某类用户在电压暂降期间的电量损失估算模型。最后，结合深圳电网电压暂降的调研结果进行实例测算。

1 用户停电特点

本文将电压暂降引起的用户全部或部分停运统称为用户停电。电压暂降损失即用户停电的电量损失。通常，停电的特征包括停电次数、严重程度以及权重因子等。

1.1 用户停电概率

1.1.1 用户停电次数

电压暂降发生时并不一定造成用户停电。因此若要估计电压暂降引起用户停电的次数，需要统计用户发生电压暂降的次数，分析不同类型电压暂降下用户停电概率。

1.1.2 电压暂降发生次数

电压暂降的特征包括幅值、持续时间及频率等，为了评估电压暂降发生次数，引入二维数组对电压暂降的特征进行统计，设对应单元格的电压暂降为(i,j)型，N(i,j)则表示对应残压幅值、持续时间的电压暂降的年发生次数。

1.1.3 用户停电程度

定义用户停电概率S(i,j)为在对应残压及持续时间的(i,j)型电压暂降下用户停电发生的概率。一般可以通过现场实测以及设备敏感度评估的方法[2]获取用户停电概率。这里采用现场实测法计算用户停电概率。

用户停电概率与用户的接入方式、敏感程度密切相关，即使是同一回线路上的用户，其对电压暂降的反应也有不同。通过定义与表1格式一致的二维数组，从而提供用于评估电压暂降引起的用户停电信息，如表1所示。

表1 数组类型统计[5]

其中：n(i,j)为统计时间内，对应类型电压暂降造成用户停电的次数；nt为统计时间内，电压暂降发生的总次数。

1.2 用户停电程度

电压暂降引起的电量损失不仅取决于用户停电概率，还与电压暂降影响的用户数有密切关系[8,10]，即用户停电的范围，既停电的严重程度密切相关。这里定义(i,j)型电压暂降下，停电严重程度L(i,j)为：

其中：nE(i,j)为(i,j)型电压暂降下发生停电的用户数；Ne为统计范围内的用户总数。在现场实测数据充足的情况下，可直接采用上式求取L(i,j)。

不同类型的电压暂降引起的用户停电不同，其中断严重程度也存在很大的差异。即使是同一类型电压暂降引起的用户停电，其影响范围也各不相同，所得的生产中断严重程度存在较大的随机性。为减少数据离散度和随机性的影响，这里计算同一类型电压暂降下的生产中断严重程度平均值La(i,j)，作为衡量该类型电压暂降L(i,j)的参考值。然后，对于每一次由(i,j)型电压暂降引起的用户停电，可以定义权重因子ω(i,j)为：

其中：L(i,j)是该次生产中断的严重程度；La(i,j)为对应类型的生产中断严重程度的平均值。

2 单次电压暂降电量损失估算模型

对用户的停电次数、严重程度等特征进行评估后，还评估电压暂降的电量损失。

发生电压暂降后，用户发生停电，负荷随时间变化，经过时间t恢复至暂降前的水平。用户电量计算公式如下：

式中：

P(t)表示用户停电期间的t时刻的负荷值；P0表示用户在电压暂降发生时刻的负荷值；t表示用户停电持续时间,电压暂降后，从用户P(t)降至 αP0时刻 (α可取 0.5～1)至 P(t)恢复至βP0(α 可取 0.7～1)截止。

为了提高工程实用化程度，假定如果没有发生电压暂降，在时间t内，用户负荷保持P0不变，则该段时间内用户电能计算公式如下：

由公式（3）、（4）可计算得到单个用户在时间t内电能损失为：

式中：

E0表示用户没有发生暂降引起的停电，所需电能；Et表示用户发生暂降引起的停电，所需电能。

对于该次电压暂降造成的所有用户停电，其电能损失

式中：ΔEi表示单个用户因电压暂降引起的停电损失电能值，kWh。

3 电压暂降电量损失评估模型及实例

3.1 电压暂降电量损失评估模型

综上所述，对于单个用户而言，(i,j)型电压暂降引起的停电次数I(i,j)为

则有(i,j)型电压暂降引起用户停电的望值T(i,j)为

则用户因电压暂降引起停电从而产生的电量损失TE为

式中：n表示电压暂降残压类型；m表示电压暂降持续时间类型。

3.2 应用实例

本文以深圳某个片区用户2015-2017年近3年的数据为例，对电压暂降产生的电量损失，进行评估。下面以2017年的数据为例，则用户该年度发生电压暂降的次数N(i,j)。从该结果可以看出，发生电压暂降的残压幅值均在70%以上。为获取单次停电的电量损失数据E(i,j)，通过计量自动化系统，分析电压暂降引起用户停电的电量损失数据计算获得用户的单次电压暂降的电量损失。根据式(7)，需要先获得用户停电的严重程度，才能得到用户停电的权重因子ω(i,j)。

由于用户负荷对电压暂降的敏感有很多不同，电压暂降程度越大，用户负荷受影响的可能性越大，电压暂降影响的用户也越多。可得统计时间内用户停电严重程度的平均值La(i,j)。随着残压幅值的降低，电压暂降的严重程度呈增长趋势。

结合2017年不同用户停电严重程度的数据，可得用户2017年停电的权重因子，利用式(10)，进而可得用户2017年(i,j)型电压暂降的电量损失，2017年该片区内，因电压暂降损失的电量为：

4 结束语

电压暂降（短时中断）危害大、影响范围广以及发生频率高，给用户和电网公司均带来较大的影响和损失。本文分析了电压暂降的电量损失，建立了单次电压暂降电量损失估算模型；并结合深圳某个区域内的现状，应用电量损失模型进行测算。该方法可以比较精确的测算电压暂降造成的电量损失，为电压暂降治理提供了依据。